CN103585716B - 适用于微波热疗的兼具散热功能的异向介质透镜 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于微波热疗的兼具散热功能的异向介质透镜，在该透镜的内部靠近皮肤的一侧设有冷却层，使透镜本身具备散热功能，从而避免冷却层与透镜之间、冷却层与组织之间的反射，既简化了基于异向介质透镜的热疗方案和系统，又可在一定程度上减少系统内各层之间的反射，提高热疗效率。

Description

适用于微波热疗的兼具散热功能的异向介质透镜

技术领域

本发明涉及一种微波热疗系统，尤其涉及一种适用于微波热疗的兼具散热功能的异向介质透镜。

背景技术

微波热疗是指借助各种不同形式的微波辐射器，将微波能量引导照射于人体的病变部位，使之由于介质损耗吸收微波能量而发热升温，以抑制肿瘤细胞的DNA和RNA的复制、蛋白质合成和肿瘤细胞的繁殖，使肿瘤骨架散乱，细胞的许多重要功能受损，直接导致肿瘤细胞的死亡。根据其基本原理，微波热疗需要解决的最主要的问题是：如何保证将足够的物理能量定向地输送到相关组织，并产生有效的杀灭温度，同时要保证在治疗过程中尽可能不损伤正常组织，不造成体表灼伤或其他意外伤害。所以微波能量定向聚焦是微波热疗中最关键的问题。

由于其独特的聚焦特性，异向介质透镜在微波热疗中具有良好的应用。研究表明，基于异向介质透镜的热疗系统结构简单、加热区域调控方便。

现有技术中，为了保护正常的皮肤层不致温升过高而受伤，在热疗中通常需要采用循环水作为冷却，即在透镜和组织间引入循环的水层。由于水的介电常数较高，且目前制备高介电常数异向介质相对困难，所以水层的引入既不利于与透镜的匹配，也不能够和皮肤层匹配，增加了系统中各环节之间能量的反射，大大的降低了热疗效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于微波热疗的兼具散热功能、可替代热疗中冷却层的适用于微波热疗的兼具散热功能的异向介质透镜。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的适用于微波热疗的兼具散热功能的异向介质透镜，该透镜的内部设有冷却层。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的适用于微波热疗的兼具散热功能的异向介质透镜，由于在该透镜的内部设有冷却层，使透镜本身具备散热功能，从而避免冷却层与透镜之间、冷却层与组织之间的反射，既简化了基于异向介质透镜的热疗方案和系统，又可在一定程度上减少系统内各层之间的反射，提高热疗效率。

附图说明

图1为本发明实施例提供的适用于微波热疗的兼具散热功能的异向介质透镜的结构示意图；

图2为本发明实施例中采用循环液基作为冷却材料实现方法示意图；

图3为采用本发明实施例中提供的异向介质透镜的热疗系统的具体实施示意图；

图4a为现有技术中采用普通异向介质透镜的热疗系统在组织中获得的场值分布图；

图4b为采用本发明实施例中提供的透镜的热疗系统在组织中获得的场值分布图。

具体实施方式

下面将对本发明实施例作进一步地详细描述。

本发明的适用于微波热疗的兼具散热功能的异向介质透镜，其较佳的具体实施方式是：

该透镜的内部设有冷却层。

所述冷却层设于所述透镜靠近生物组织的一侧。

所述冷却层内设有多根冷却管，所述冷却管内通入冷却介质。

所述冷却介质的折射率与所述透镜的折射率相同。

所述透镜呈平板状或柱状或球壳状。

该透镜通过调整以下任一项或多项参数调整热疗效果：

所述透镜的厚度、所述冷却层的位置、所述冷却层的厚度、热疗源距所述透镜的距离。

本发明的适用于微波热疗的兼具散热功能的异向介质透镜，将冷却层的功能在透镜的结构设计中实现，即将异向介质透镜分层，异向介质透镜内填充介质分为两层，在靠近皮肤一层中引入冷却层，实现冷却皮肤的功能。可对冷却层厚度进行合理的设计，确保异向透镜原有的热疗效果，同时确保冷却层达到实时冷却皮肤层的效果。亦可对异向介质结构单元进行相应的设计，使其等效负介电常数与皮肤匹配或接近，这样便能改善在透镜-皮肤界面层的匹配，减少反射。

对冷却功能的实现，可根据透镜结构单元选择恰当的方法，如针对自身填充介质的异向介质透镜，可用冷却材料替代填充的介质实现冷却功能，对结构单元无填充物或者填充介质为真空的异向介质透镜，可直接将冷却材料注入靠近皮肤的一层以实现冷却层。

由于填充介质本身对异向介质电磁参数有一定影响，可针对透镜自身结构单元选择不同的冷却材料，如自身填充介质的结构，可选择电磁参数与填充介质接近的冷却材料，以减少透镜内部能量反射，同时减少透镜结构单元设计所需要的工作量。

可以针对热疗过程中的实际需要，选择不同的冷却材料，除常用的液基，也可选择医用固体状冷却材料。

本发明的兼具散热功能的异向介质透镜可用于普通的平板透镜设计，也可用于其它形状的透镜设计，如柱状透镜。

本发明利用异向介质透镜结构单元自身特点，将微波热疗中冷却皮肤层的功能在透镜结构设计中实现，使异向介质透镜聚焦微波能量的同时兼具冷却、散热功能。在一定程度上简化了基于异向介质透镜的微波热疗系统，减少了系统内部能量反射。可根据实际需要合理设计冷却层厚度，选择冷却材料和实现方法，改善在透镜-皮肤界面层的匹配，减少反射，提高热疗效率。

具体实施例：

如图1所示，微波热疗系统包括微波功率发生器1、热疗源（微波天线）2、异向介质透镜4。其中采用的异向介质透镜4即为本发明的兼具散热功能的异向介质透镜，微波能量直接经过透镜在生物组织5中聚集。从图中可以看出如果通过合理的设计尽可能减少透镜内部的反射，该系统中只在皮肤与透镜之间存在较大的反射，由此可以大大提高热疗效率。

若实施例中的透镜采用普通循环液基作为冷却材料，其具体实现方法如图2所示，液基从靠近皮肤层的透镜一侧的注入口6进入异向介质结构内部，从另一侧的流出口7流出，即可带走热疗过程中在皮肤层中产生的多余热量。在实际热疗过程中可根据情况调整液基注入和流出的方式和速度。

如图3所示，如果在微波热疗中采用本发明提供的透镜，可以根据肿瘤的具体情况对透镜进行合理的设计，以达到最佳的热疗效果。根据肿瘤在组织中的深度选择透镜的厚度D，再根据透镜的厚度对透镜结构中实现冷却层的厚度h进行优化。首先冷却层必须满足冷却要求，能适时带走热疗；其次应避免微波能量在冷却层中聚焦，导致液基被加热；且在满足这两个条件的情况下尽可能不影响透镜自身的热疗效果。根据异向介质透镜的聚焦原理，当微波天线距透镜有不同的距离d时，其在透镜另一侧生物组织中的焦点相应具有不同的深度。因此在热疗过程中调整微波源的位置时，可以适当调整冷却层的厚度h以达到最佳的热疗效果。此外耦合溶液3可以根据透镜的折射率n₂进行选择或者配制，使其与透镜尽可能匹配，即其折射率满足n₁=-n₂选择相应的耦合溶液。为避免透镜内部反射，应选择适当的液基作为冷却材料，以保证实现冷却部分的异向介质结构的电磁参数与其他部分差异较小，从而避免透镜内部发生反射。

如图4a、4b所示，分别为采用传统的透镜和本发明的透镜的热疗方案所获得的组织内的场分布情况，对比可以得出图4a中最大场值明显低于图4b中的值，约为10%；此外亮斑分布的深度也比较低，采用传统透镜的方案获得的最强的亮斑分布于皮肤下0.4cm左右，而采用本发明中设计的透镜的方案除在皮肤层附近获得明显的亮斑，在皮下1cm左右也获得比较明显的亮斑；此外就分辨率进行比较，分别对皮下1cm左右的亮斑进行测量，得出采用传统透镜的方案的亮斑半功率宽度也略大于采用新型透镜的方案，差值约为0.3cm。综上可得，本发明的新型透镜在热疗中的应用具有明显的优势。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种适用于微波热疗的兼具散热功能的异向介质透镜，其特征在于，该透镜的内部设有冷却层；

所述冷却层设于所述透镜靠近生物组织的一侧；

所述冷却层内设有多根冷却管，所述冷却管内通入冷却介质；

所述冷却介质的折射率与所述透镜的折射率相同；

所述透镜呈平板状或柱状或球壳状。

2.根据权利要求1所述的适用于微波热疗的兼具散热功能的异向介质透镜，其特征在于，该透镜通过调整以下任一项或多项参数调整热疗效果：

所述透镜的厚度、所述冷却层的位置、所述冷却层的厚度、热疗源距所述透镜的距离。